Letzter Update 4.9.03, 5.6.13, 25.11.20
Messung der stabilen Isotope von 18O und 2H
zum Nachweis des Wasserursprungs - hier speziell im Rahmen der
Leckortung
Wasser ist nicht gleich Wasser. Je nach dem, was es hinter sich hat,
verändert sich seine Zusammensetzung. Wasser, das Jahrtausende im
Boden war, hat eine andere Zusammensetzung als normales
Niederschlagswasser aus Regen/Nebel oder Gewittern. Das
gilt nicht nur für die chemischen Begleitstoffe, sondern auch
für die chemischen Elemente selbst - die Isotopen.
Was ist 18O und 2H?
Ein normales Wasserstoff-Atom (H) besteht nur einem Proton und einem
Elektron. Durch radioaktive Zerfälle, wie sie überall in der
Natur (in bescheidenen Grenzen und lokal unterschiedlich) vorkommen,
kann es jedoch passieren,
dass sich ein Wasserstoffatom ein Neutron aus einem solchen Zerfall
einfängt. Dann wiegt es plötzlich doppelt so viel, ist aber
chemisch immer noch Wasserstoff. Dieses Isotop des Wasserstoffs
wird Deuterium genannt und hat einen Anteil von etwa 0,015%.
Fängt es sich noch ein
Neutron ein, so dass das Atom nun aus einem Proton, zwei Neutronen und
einem
Elektron besteht, so nennt man dieses Isotop Tritium. (Dieses Isotop
ist
nur noch in Spuren zu finden.) Ganz ähnlich verhält es sich
mit
dem Sauerstoff. Dieser besteht normalerweise aus 8 Protonen, 8
Neutronen
und 8 Elektronen und hat somit die Massezahl 16. Fängt es sich
noch
von irgendwoher zwei Neutronen ein, hat es die Massenzahl 18.
Isotopenveränderungen ergeben sich z.B. durch intensive
Höhenbestrahlung und besonders durch Gewitter. (Kleiner Tipp
für Krimi-Autoren: man kann teilweise noch nach Jahren
feststellen, ob eine Jacke während eines Gewitters oder eines
normalen Regens getragen wurde. Vorausgesetzt, sie wurde seitdem wenig
getragen und nicht gewaschen.) Normales Regenwasser und Kondensat (z.B.
aus Klimaanlagen) zeigen typischerweise keine nachweisbaren
Unterschiede. In Ingolstadt ist das oberflächennahe Grundwasser
kaum vom Regenwasser zu unterscheiden. Aber sehr gut vom
Leitungswasser, das aus ca. 80 Meter Tiefe gewonnen wird.
Was wird gemessen?
Mit der Messung der natürlichen Isotope 18O
und 2H ergibt sich für jedes Wasser ein ganz
charakteristischer "Fingerabdruck". Dabei geht es um die
Massenverteilung zwischen diesen Isotopen. Wie viel 16O
und wie viel 18O ist enthalten? Wie sieht das
Verhältnis von 2H zu H aus und wie das zwischen
18O und 2 H?
NICHT gemessen wird die chemische Zusammensetzung! Deshalb kann das
Wasser durchaus sehr "dreckig" sein. So lange diese Verunreinigungen
nicht besonders radioaktiv sind (eine Probennahme wäre dann an
sich schon ein gefährliches Unterfangen), spielen sie für
diese Messung also keine Rolle.
Was ist bei der Probennahme zu beachten?
Verdunstung bringt jede Probe "aus dem Tritt". Der Grund: Die
schweren Isotope verdunsten viel schlechter als die leichten und es
findet eine undefinierte Anreicherung der schweren Isotope statt.
Wasser aus einer Leitung zu zapfen oder aus einem Brunnen zu
schöpfen und luftdicht zu verschließen, ist einfach.
Schwieriger wird es jedoch, wenn Wasser aus einer feuchten Wand
"gezapft" werden soll um festzustellen, woher denn dieses Wasser nun
kommt. Diese Frage kann man nicht pauschal beantworten.
Darüber muss vor Ort entschieden werden, was
üblicherweise im Rahmen
einer
nicht ganz eindeutigen Leckortung erfolgt.
Zusammenarbeit mit Hydroisotop
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